2008 Fiscal Year Annual Research Report
生物情報ネットワークの構造および動的挙動の数理解析
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17017019
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
阿久津 達也 Kyoto University, 化学研究所, 教授 (90261859)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
五斗 進 京都大学, 化学研究所, 准教授 (40263149)
望月 敦史 京都大学, 理化学研究所・望月理論生物学研究室, 主任研究員 (10304726)
時田 恵一郎 大阪大学, サイバーメディアセンター, 准教授 (00263195)
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| Keywords | 生物情報ネットワーク / スケールフリー / タンパク質相互作用 / タンパク質ドメイン / 代謝ネットワーク / 遺伝子発現 / 遺伝子ネットワーク / 進化動力学モデル |
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| Research Abstract |
平成20年度は以下の成果を得た。
1、ネットワーク構造生成に関する研究
タンパク質相互作用ネットワークのより精緻な分析のために、ドメインとタンパク質の包含関係を調べ、ドメインを含むタンパク質の個数分布はスケールフリーとなるが、個々のタンパク質に含まれるドメインの種類の分布はポアソン分布になることを見出し、それを説明する数理モデルを構築した。
2、ネットワーク構造解析に関する研究
複数の神経変性疾患に関わるタンパク質の相互作用ネットワークを構築し、ネットワーク比較による疾患間の共通性・特異性を明らかにした。また、KEGGのパスウェイ情報を統合してグローバルなネットワーク解析ができるウェブサーバーを開発した。一方、代謝ネットワークの遺伝子変異に対するロバスト性解析の研究を進め、標的化合物を生成不可能にするために不活性化することが必要な反応の最小数を整数計画法を用いて計算するアルゴリズムを開発した。さらに、KEGGデータベースより取得したデータに適用し、有効性を確認した。
3、ネットワーク動的挙動解析に関する研究
新たな理論的取り組みとして、遺伝子制御ネットワークと遺伝子発現パターンのデータから、遺伝子発現ダイナミクスの吸引領域を推測する解析法を開発した。これにより、発現ダイナミクスの断片的情報(スナップショット)である発現パターンの情報から、遺伝子発現の時間変化の概要を予測できると分かった。また、遺伝子ネットワークの確率的な離散モデル上で定常状態を計算するアルゴリズムを開発し、その平均的な個数の評価を行った。さらに、一般的な進化動力学モデルに対する統計力学的研究を進め、系の安定性や個体数、蛋白量、代謝物質量などの様々な生物量の分布を与える理論を構築した。細胞内で特徴的な生物量の有限性の効果や触媒反応などの3体相互作用の影響も明らかになった。
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